课题一流体力学.

课题一流体力学一、流体及其物理性质二、流体静力学三、流体动力学四、流体阻力及其损失一、流体及其物理性质：一）流体及其特性：1、流体：在任意微小切向力作用下都能发生连续变形的物质。（包括液体和气体）2、流体特性：易流动性。3、连续介质：不考虑分子之间的间隙，认为流体是由无数连续分布的流体质点所组成。二）流体基本物理性质：1、惯性：密度:单位体积流体所具有的质量。用“ρ”表示。ρ=m/V单位：kg/m3流体种类不同其密度不同。一般：液体：密度为常数。气体：密度不为常数。2、压缩性和膨胀性：压缩性：当流体温度一定时，流体的体积随压力的升高而缩小的性质。膨胀性：当流体压力一定时，流体的体积随温度的升高而增大的性质。一般：液体：不可压缩流体。密度为常数。气体：可压缩流体。密度不为常数。3、粘性：1）定义：流体流动时，流体流层间产生内摩擦力的特性。2）对流体流动的影响：起阻碍作用，是流体流动产生能量损失的根本原因。3)粘性力：F=μAdu/dyμ------动力粘滞系数；A-------接触面积；du/dy---------接触面积法线方向上的速度梯度。ν=μ/ρν-------运动动力粘滞系数；温度升高，液体μ降低，气体μ升高；温度降低，液体μ升高，气体μ降低。4）理想流体和实际流体：理想流体：不具有粘性的流体。实际流体：具有粘性的流体。二、流体静力学一）静压力及其特性：1、静压力：1）总压力P：作用在液体内某一面积上的力，单位“N”2）平均静压力p￣：作用在液体内单位面积上的总压力p￣=P/A单位：“Pa”3)静压力p：作用在液体内某一点上的作用力。单位：“Pa”2、静压力的特性：1)静压力的大小在各个方向均等；2）静压力的方向总是垂直指向作用面。二）静压力表示方法：1、绝对压力pj：以完全真空为零算起的压力值。总为正。2、相对压力px：以当地大气压为零算起的压力值。Px=pj-pamb可正：正压可负：负压或称此处处于真空状态。3、真空值pv:pv=-(-px)三）流体静力学基本方程式：1、p=p0+ρgh静止液体中任意点的压力由液面压力和液柱压力组成。1）包括p0和ρgh两部分2）p随h呈线性变化3）等压面：由静压力相等的点组成的面。特性：等压面与质量力相垂直。等压面不能相交。两种互不混合的液体分界面必为等压面。2、Z+p/ρg=C在重力作用下的静止液体中各点相对于同一基准面比势能恒等。水头：将单位重量流体所具有的能量，用液柱高度表示时，称为能头或水头。Z------比位能(位置水头)；p/ρg-------比压能（压力水头）.四）流体静力学基本方程式应用：1、测压管：1）pAj=pamb+ρghppAx=0+ρghp=ρghp2)pAj=pamb-ρghvpAx=0-ρghv=-ρghv2、U形水银测压计：3、差压计：p1+ρgh1=p2+ρgh2+ρmgh3P1-p2=ρgh2-ρgh1+ρmgh3三、流体动力学：一）基本概念：1、运动要素：流速u和压力p.2、流线：某一瞬间无数连续流体质点组成的流动方向线。3、几个物理量：1）过流断面：与所有流线都垂直的横断面。2）流量：体积流量qV,质量流量qmqm=ρqV3）断面平均流速：假想流速cc=qv/Aqv=cA4、流体流动的分类：1）稳定流和非稳定流2）均匀流和非均匀流3）急变流和缓变流4）压力流和非压力流二）稳定流连续性方程：气体：ρ1c1A1=ρ2c2A2液体：c1A1=c2A2=qV说明：流过各个过流断面的体积流量相等或：c1/A2=c2/A1说明：流速和过流断面的面积成反比三）稳定流能量方程：1、流体流动时的机械能及其转换：2、稳定流能量方程：e1=e2+hw1-2Z1+p1/ρg+c12/2g=Z2+p2/ρg+c22/2g+hw1-2流体总是从能头高处向能头低处流动，二者能头之差为流动阻力损失，（流动时的位能头、压能头、速度能头可相互转换）机械能守恒。四、流动阻力及其损失：一）基本概念：1、流动阻力及其损失1）液体：水头损失hw2）气体：压力损失pw2、流动阻力及其损失的分类：沿程阻力及沿程阻力损失hy(py)：局部阻力及局部阻力损失hj(pj)：2)总阻力损失：液体：hw=hy+hj气体：Pw=py+pj二）流态：1、流态：层流：流体质点互不掺混的定向分层流动。紊流：流体质点相互掺混的不定向紊乱流动。2、判别流态的方法:临界雷诺数：Re=cljd/ν=2320雷诺数：Re=cd/ν当Re＜2320时，层流。当Re＞2320时，紊流。3、层流、紊流特性：三）沿程阻力损失hy(py)：hy=λ(L/d)(c2/2g)减少沿程阻力损失的措施：减小管道长度；增加管道直径；减小流体粘性；合理选择管道材质和形状；减小管壁的粗糙度等。四）局部阻力损失hj(pj)：hj=ξ(c2/2g)减少局部阻力损失的措施：尽可能减少局部阻碍的数量；改善局部阻碍的形状；合理布置和连接局部阻碍。